自來水廠深度處理工程介紹

水廠供水水源為大運河支流，全長約10km，河寬41m，最大水深2.72m，平均流速達0.025m/s，近年來受有機污染的程度逐年加大，水中的氨氮、色度、亞硝酸鹽、耗氧量及鐵、錳的含量偏高，原水濁度25～272.6NTU，色度6～40，鐵0.23～2.80mg/L，氨氮0.5～5.0，CODMn3.28～8.90。按地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838--2002）評價屬Ⅳ～Ⅴ類，為微污染原水。

為了降低出廠水色度、氨氮及有機污染物的含量，水廠投入了大量資金及人力進行技改，增加生產(chǎn)及管理的技術(shù)含量，克服種種不利因素，基本保證了供水水質(zhì)綜合合格率達標(biāo)，但隨著在常規(guī)處理工藝中氯的大量投加，增加了出廠水中三氯甲烷等鹵化烴和致癌變物質(zhì)等的含量。水中的異味嚴(yán)重，色、嗅、味不能滿足要求。

隨著人們生活水平的提高，市民對飲用水質(zhì)量的要求相應(yīng)提高。國家已頒布新的《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》，因此針對日益惡化的原水水質(zhì)，采用新穎的預(yù)處理工藝、臭氧活性炭深度處理工藝，是改善出廠水水質(zhì)的必要手段。

水廠深度處理工程設(shè)計規(guī)模為15×104m3/d，結(jié)合原有8萬噸常規(guī)處理，二期擴建7萬噸包括常規(guī)處理，處理對象為微污染原水，主要水質(zhì)指標(biāo)是色度、耗氧量、氨氮及錳。

水廠目前設(shè)計供水能力8萬立方米/日，遠(yuǎn)期規(guī)模達到15萬立方米/日。水廠有常規(guī)處理2.5萬立方米網(wǎng)格反應(yīng)平流沉淀池兩座，5萬立方米四閥濾池1座，3萬立方米網(wǎng)格反應(yīng)平流沉淀池、四閥濾池各1座。深度處理工程，即在原有常規(guī)處理工藝基礎(chǔ)上，增加預(yù)處理和臭氧活性炭深度處理工藝�，F(xiàn)將該工程設(shè)計和建設(shè)特點介紹如下：

1 設(shè)計介紹

水廠深度處理工程建設(shè)規(guī)模為15萬立方米/日，分兩期建設(shè)。一期工程8萬立方米/日，2002年7月正式動工，2003年5月投入運行。二期工程7萬立方米深度處理包括常規(guī)處理，將在2003年8月正式動工。

通過技術(shù)經(jīng)濟比較，生物接觸氧化工藝比較適合源水的水質(zhì)特點，生物接觸氧化池容易與水廠現(xiàn)有構(gòu)筑物連接，且投資和運行費用較省。該工藝具有去除氨氮和有機物效果好、容積負(fù)荷高、耐沖擊負(fù)荷、出水水質(zhì)好且穩(wěn)定、動力消耗相對較低等優(yōu)點。同時此工藝在應(yīng)用實踐中，對停留時間曝氣方式、填料品種、排泥和操作技術(shù)等工藝要素已有了大量的試驗研究和較多的工程實例，取得了比較成熟的經(jīng)驗。因此，本工程采用生物接觸氧化法作為預(yù)處理工藝。

原水經(jīng)過生物預(yù)處理和常規(guī)處理后，水中有機污染物有了明顯的去除。但由于水源水質(zhì)較差，源水有機污染物含量較高，此時出水中有機物濃度還比符合《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》的要求，需后續(xù)補充深度處理工藝才能較大幅度去除。

飲用水深度處理的方法有高級氧化、活性炭吸附和膜法水處理工藝等，綜合考慮經(jīng)濟和技術(shù)因素，在水廠中生產(chǎn)性運用較多的是臭氧--活性炭聯(lián)用技術(shù)。本工程采用臭氧-活性炭法作為深度處理工藝。

臭氧-活性炭工藝主要涉及到臭氧的制造生產(chǎn)、投加及活性炭過濾等。臭氧的生產(chǎn)原料分為空氣、純氧和液氧三種，對三種臭氧生產(chǎn)方案、經(jīng)濟、技術(shù)性能進行綜合比較，結(jié)合水廠現(xiàn)狀，進期考慮以純氧為臭氧生產(chǎn)原料，遠(yuǎn)期如條件成熟，可考慮制氧。

1.1工藝流程

水廠工藝流程如下圖：

1.2工藝設(shè)計

1.2.1預(yù)處理工藝參數(shù)和特點

本設(shè)計在生物接觸氧化池中一定間距交替布置上通和下通垂直擋板，使水流形成上下轉(zhuǎn)彎，與填料充分接觸，并且避免短流，提高容積利用率。8萬噸/日規(guī)模一組，分兩格，水力停留為1.5h（有效水深4.5m，其中彈性立體填料高度為3.5m，直徑173毫米，長度3.5米，共33000余根，上下采用緊繃索固定。預(yù)處理池下部排泥層高度為1.6m，池總高6.8m，預(yù)處理池平面尺寸67.98×21.05m，填料比表面積大于3m2/m3，穿孔管曝氣氣水比（0.6～1.5）：1。排泥采用穿孔排泥管。

1.2.2運行控制

針對污染源水的特點，采用穿孔管曝氣，分階段控制曝氣；為防止池內(nèi)積泥，在布?xì)夤芟略O(shè)有集泥槽和穿孔排泥管，預(yù)處理池前三分之一排泥周期三天，排泥歷時60s，后三分之二排泥周期六天，排泥歷時30s，排泥使用快開排泥閥，由PLC進行控制；生物膜脫膜和填料上積泥采用氣沖洗，加大氣量輪換沖洗，沖洗強度是在正常運行的2-3倍，沖洗周期15天，沖洗歷時30min，由人工操作。

1.2.3鼓風(fēng)機房及配電間

鼓風(fēng)機房平面尺寸19.5×8.0米，面積284.5m2，土建按15萬立方米/日一次建成。設(shè)BE200羅茨鼓風(fēng)機（風(fēng)量45m3/min、壓力0.6kgf/cm2、功率75kw）兩臺，其中一臺變頻器，擴建工程預(yù)留兩臺。設(shè)BE150羅茨鼓風(fēng)機（風(fēng)量22.4m3/min、壓力0.6kfg/cm2、功率37kw）兩臺。

1.2.4提升泵房及吸水井

提升泵房為原5萬立方米送水泵房改造而來。平面尺寸23.7×7.0米，設(shè)計規(guī)模15萬立方米/日，設(shè)備按一期8萬立方米/日安裝，配立式離心泵（Q=2075.5m3/h，h=12.1m，η=85%，n=740rpm，N=110kw）兩臺；（Q=1037.7m3/h，H=12.1m，η=82%，n=980rpm，N=55kw）兩臺。

另設(shè)SZ-2，75kw真空泵兩臺（一用一備），常保持真空系統(tǒng)。

吸水井平面尺寸17.7×4.6×6.0米一座，與原有吸水井（17.7×3.6×6.0米）連通，可取水量550m3，為一臺大泵15分鐘取水量。

1.2.5臭氧發(fā)生室

平面尺寸21.6×12.0米，分兩間，一間制臭氧室，水廠深度處理工程一期以液態(tài)氧為氣源，選擇了臭氧產(chǎn)量10kg/h的臭氧發(fā)生器（臭氧濃度6%，冷卻器水溫25℃）兩臺，一是考慮運行成本，節(jié)約液氧用量，臭氧產(chǎn)量宜控制在6kg/h，兩臺共12kg/h，滿足生產(chǎn)需要；二是考慮在一臺臭氧發(fā)生器檢修時，另一臺臭氧發(fā)生器降低臭氧濃度，臭氧產(chǎn)量10kg/h，能基本滿足生產(chǎn)需要。另購一臺15kg/h（臭氧濃度7%，冷卻水溫25℃）臭氧發(fā)生器滿足遠(yuǎn)期15萬立方米/日使用。二期預(yù)留位置考慮有條件時上變壓吸附現(xiàn)場制氧。設(shè)計臭氧的平均投加量為2.0mg/L，最大為3.0～5.0mg/L，加臭氧量可根據(jù)實際水質(zhì)情況進行調(diào)配。

臭氧發(fā)生器的運行控制： 在臭氧發(fā)生器運行前，對臭氧發(fā)生器必須吹掃，流量至少為額定氣量的20%，第一次開機用干燥空氣吹掃至少24小時，以后操作時吹掃時間視停機時間長短而定（每停機一天吹掃一小時）。 尾氣破壞裝置、氮氣添加系統(tǒng)、冷卻水壓力、進氣露點工作正常后可開機。

系統(tǒng)操作由主控制柜MCC上觸摸屏完成，分單步、一步化、全自動運行三種操作方式，可進行臭氧濃度、臭氧投加量、放電電流等運行參數(shù)的設(shè)定、修改，并可觀察實際運行的測定參數(shù)，主控制MCC柜與全廠DCS系統(tǒng)連接，可由中控制進行操作。全自動運行根據(jù)接觸池進水流量前饋控制投加，出口水中臭氧濃度儀、尾氣臭氧濃度反饋控制，根據(jù)水質(zhì)化驗參數(shù)進行修正。

臭氧產(chǎn)量按下列公式計算：

m=c×v
 
m--臭氧產(chǎn)量（kg/h）
c--臭氧濃度（%）
v--氣體流量（kg/h）

影響臭氧產(chǎn)量參數(shù)有：冷卻水溫度、冷卻水流量、進氣流量、進氣壓力（操作壓力）、進氣純度、進氣溫度、環(huán)境溫度、待產(chǎn)出的臭氧濃度。

1.2.6臭氧接觸池

平面尺寸17.7×10.3米，水深6米。分兩組，每組4萬立方米，采用兩級布?xì)猓細(xì)獠捎帽P式布?xì)饷�，布�(xì)獗P數(shù)量80只，前級氣量60%，后級40%，接觸混合時間15分鐘，前級5分鐘，后級5分鐘，緩沖部分5分鐘。

尾氣破壞裝置采用加熱催化酶方式，單臺處理量73Nm3/h，共兩臺，正常工作情況下一用一備。

1.2.7活性炭濾池

一期8萬立方米/日一座，分為10格，單池面積48m2，濾速7.5m/h，水頭損失0.6m，經(jīng)常沖洗時強度8.0L/s.m2，定期沖洗時強度12.0L/s.m2。

濾池采用原有水塔（砂濾水）進行重力反沖洗，沖洗強度由閥門調(diào)節(jié)，恒水位過濾。

濾料組成：承托層由卵石8-16、4-8、2-4、4-8、8-16各50mm組成�；钚蕴坎捎�1.5mm柱狀炭，柱長（2.5～1.25mm）＞83%，厚度1800mm。

工程實施中采用兩種煤質(zhì)炭，7格使用1.5mm柱狀炭，3格使用8×30破碎炭�；钚蕴恐饕獏�(shù)見下表：

活性炭濾池濾速8m/h，接觸時間13.5min，采用砂濾水進行沖洗，由于利用原沖洗水塔進行反沖，需通過調(diào)節(jié)閥門開度控制沖洗強度，根據(jù)實際情況，反沖洗周期暫定為48小時，1#炭沖洗強度10.51/m2·s，沖洗時間6min，膨脹率17.8%，2#炭沖洗強度161/m2·s，沖洗時間6min，膨脹率17.6%。

1.3供電及自控系統(tǒng)

供電采用兩路10kv電源。原有2臺10kv/380v、500KVA變壓器并用（二期考慮更換變壓器，采用2臺1250KVA干式變），更換原有低壓配電屏，采用MS抽屜式低壓配電屏。

自控結(jié)合水廠原有DSC系統(tǒng)，分3個主站，光纖環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)冗余和可靠性、安全性通訊。完善攝像系統(tǒng)，采用電源避雷、網(wǎng)絡(luò)避雷，保證自控系統(tǒng)正常進行。

2 運行效果

預(yù)處理池于2003年4月19日通水，4月21日正式曝氣，6月18日開始滿負(fù)荷運行，最大進水量4600m3/h，一星期后氨氮去除率達70%以上，滿負(fù)荷運行后，氨氮去除率平均在91%，濁度去除率平均27%，CODMn去除率10%，鐵去除率22%，錳去除率56%；預(yù)處理運行后，常規(guī)處理效果得以提高，在同樣加礬量情況下，濁度去除率達99.9%，沉淀水出口濁度從3～4NTU到小于2NTU，CODMn平均去除率從30%提高到44%，砂濾后水CODMn平均小于3mg/l，錳去除率從20%提高到75%。

深度處理臭氧活性炭5月投入運行，5月17日開始投加臭氧，6月18日開始滿負(fù)荷運行，運行一周后，剩余氨氮去除率達70%左右，生物膜基本形成，CODMn一個月內(nèi)去除率在70%以上，一個月以后逐漸下降穩(wěn)定在40%左右，說明初期主要靠活性炭吸附作用，后期生物作用占主導(dǎo)地位，從兩種炭處理效果看破碎炭略好于柱狀炭，基本接近。

水質(zhì)測定結(jié)果見下表：

測定結(jié)果表明，生物接觸氧化預(yù)處理加臭氧—活性炭深度處理工藝比常規(guī)處理工藝去除有機物的效果明顯優(yōu)越，可以降低耗氧量CODMn到2mg/l以下，降低色度到5度以下，降低氨氮到0.5mg/l以下，并大幅度降低了水中的三致物質(zhì)，增加了水中的溶解氧、活性氧，改善了嗅味和口感。

3 工程造價

水廠深度處理工程一期8萬立方米/日（部分建筑物以及很大部分總平工藝管道按15萬立方米/日一次建成），工程總投資3989萬元，其中財政撥款1903萬元，銀行貸款2086萬元，平均每m3水造價為498.7元（包括二期擴建工程土地征用在內(nèi)）。

其中預(yù)處理部分工程造價240萬元，單位造價90元/m3水，單位工程如下：
預(yù)處理池工程造價480萬元（含土建、安裝、設(shè)備和材料費，下同），單位造價60元/m3水；
鼓風(fēng)機房工程造價240萬元，單位造價30元/m3水；
深度處理部分工程造價1800萬元，單位造價225元/m3水，單位工程如下：
活性炭濾池工程造價1000萬元，單位造價125元/m3水；
臭氧發(fā)生器室及臭氧接觸池工程造價600萬元，單位造價75元/m3水；
提升泵房及吸水井工程造價200萬元，單位造價25元/m3水。

4 生產(chǎn)成本分析

預(yù)處理動力費用由兩部分組成，一部分是因在常規(guī)處理工藝前增加預(yù)處理工藝，需要取水泵房提升1.5m水頭增加的動力費用；另一部分是鼓風(fēng)曝氣的動力費用氣水比按1.5：1計算），合計單位成本約0.044元/噸。

深度處理部分包含：臭氧接觸池進水提升電費及臭氧發(fā)生電費（0.09元/噸），液氧費用（含氣站租賃費，0.049元/噸），活性炭（按使用壽命1.5年計算，單位成本0.046元/噸），合計單位成本約0.185元/噸。

運行成本總和0.229元/噸，加折舊0.076元/噸，預(yù)處理加深度處理的制水成本為0.305元/噸。

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